JP5369434B2 - Bidirectional switch - Google Patents
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Description
本発明は、マトリックスコンバータ、交流電源回路等の電気回路に使用するための交流スイッチ即ち双方向スイッチに関する。 The present invention relates to an AC switch, that is, a bidirectional switch, for use in an electric circuit such as a matrix converter or an AC power supply circuit.
交流電流をオン・オフすることができる双方向スイッチ(交流スイッチ)としてトライアック即ち双方向性3端子サイリスタが知られている。しかし、トライアックは、ここに流れる電流が保持電流以下になるまでオン状態を継続する特性を有しているので、任意の時点でオフにできない。従って、任意の時点で電流をオフにすることが要求される時には、例えば、図1に示すように第1及び第2の主端子1、2間に互いに逆の方向性を有して直列に接続された第1及び第2のIGBT即ち絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタQ1、Q2と、第1及び第2の絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタQ1、Q2に対して逆の方向性を有して並列接続された第1及び第2のダイオードD1、D2との組み合わせによって双方向スイッチ回路(双方向スイッチ)を構成した。なお、図1の第1及び第2の絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタQ1、Q2を、絶縁ゲート型又は接合型電界効果トランジスタ、又はバイポーラ・トランジスタに置き換えて双方向スイッチを構成すること、又は2つの絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)を互いに逆の方向性を有して並列接続して双方向スイッチを構成することもできる。図1及びこれに類似の双方向スイッチはノーマリオフ型の複数の半導体スイッチング素子を使用して構成される。図1のように複数の半導体スイッチング素子を組み合せた双方向スイッチは、回路構成が複雑になり、且つオン電圧及びオン抵抗が比較的高くなるという欠点を有する。また、図1及びこれに類似の双方向スイッチは、バンドギャップが比較的小さいシリコン半導体で形成されているので、高耐圧化が困難であるという欠点を有する。
A triac or bidirectional three-terminal thyristor is known as a bidirectional switch (AC switch) capable of turning on and off an alternating current. However, since the triac has a characteristic of continuing the on state until the current flowing here becomes equal to or lower than the holding current, it cannot be turned off at any time. Therefore, when it is required to turn off the current at an arbitrary time, for example, as shown in FIG. 1, the first and second
図1の双方向スイッチ及びこれに類似の双方向スイッチの問題点を解決するための双方向スイッチがWO2004/114508号公報(特許文献1)に開示されている。この特許文献1に従う双方向スイッチSWは、図2に示すように第1及び第2の主端子1、2とゲート端子3と、第1及び第2の主端子1、2間に接続された化合物半導体から成るノーマリオン型主半導体スイッチング素子(例えばHEMT)Qと、第1の主端子1にカソードが接続された第1のダイオードD1と、第2の主端子2にカソードが接続された第2のダイオードD2と、第1及び第2のダイオードD1、D2のアノードを相互に接続する共通導体4とを有している。この双方向スイッチを使用する時には、例えば、第1及び第2の主端子1、2に例えば交流電源6と負荷7とを含む電気回路5を接続し、ゲート端子3と共通導体4との間にゲート制御回路8を接続する。図2の双方向スイッチSWにおいて、第1の主端子1の電位が第2の主端子2の電位よりも高く且つゲート端子3の電位が共通導体4に対して負の時には、ノーマリオン型の主半導体スイッチング素子Qがオフになり、双方向スイッチSWもオフになる。双方向スイッチSWはゲートを中心にして対称的に形成されているので、第2の主端子2の電位が第1の主端子1の電位よりも高く且つゲート端子3の電位が共通導体4に対して負の時にも、主半導体スイッチング素子Qがオフになり、双方向スイッチSWもオフになる。ゲート端子3の電位を、共通導体4を基準にして主半導体スイッチング素子Qのしきい値以上の値(例えば零又は正電位)にした時には、主半導体スイッチング素子Qがオンになり、双方向スイッチSWもオンになる。
A bidirectional switch for solving the problems of the bidirectional switch of FIG. 1 and a similar bidirectional switch is disclosed in WO 2004/114508 (Patent Document 1). As shown in FIG. 2, the bidirectional switch SW according to
図2の双方向スイッチSWは少ない部品点数で構成できるという利点、及び主半導体スイッチング素子Qを窒化物半導体等の化合物半導体で構成することによって高耐圧化ができるという利点を有する。しかし、図2の双方向スイッチSWは主半導体スイッチング素子Qと、第1及び第2のダイオードD1、D2とが個別部品として構成されているので、大型且つコスト高になるという欠点、及びゲート端子を制御するための基準電位を簡単な構成で安定的に得ることが困難であるという欠点を有する。
従って、本発明が解決しようとする課題は、双方向スイッチの小型化及び低コスト化が要求されていることであり、本発明の目的はこの要求に応えることができる双方向スイッチを提供することにある。本発明の別の目的はこの要求に応えることができ且つ基準電位を安定化することができる双方向スイッチを提供することにある。 Accordingly, the problem to be solved by the present invention is that the bidirectional switch is required to be reduced in size and cost, and the object of the present invention is to provide a bidirectional switch that can meet this requirement. It is in. Another object of the present invention is to provide a bidirectional switch capable of meeting this requirement and stabilizing the reference potential.
上記課題を解決するための本発明は、
導電性基板と、
前記導電性基板上に配置され、且つ第1の主面と該第1の主面に対向する第2の主面とを有し、且つ電流通路を形成するための少なくとも1つの半導体層を有し、前記第2の主面が前記導電性基板に電気的に結合されている主半導体領域と、
所定の間隔を有して前記主半導体領域の前記第1の主面上にそれぞれ配置され且つ前記主半導体領域の前記第1の主面にそれぞれオーミック接触している第1及び第2の主電極と、
前記主半導体領域の前記第1及び第2の主電極間部分を流れる電流を制御するために前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第1及び第2の主電極の間に配置されたゲート手段(例えばショットキーゲート又は絶縁ゲート又はpn接合ゲート)と、
前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第1の主電極を基準にして前記ゲート手段と反対側の位置に配置されており且つダイオードのアノードとしての機能を有している第1のダイオード形成用電極と、
前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第2の主電極を基準にして前記ゲート手段と反対側の位置に配置されており且つダイオードのアノードとしての機能を有している第2のダイオード形成用電極と、
前記第1のダイオード形成用電極と前記第2のダイオード形成用電極とを相互に電気的に接続している接続手段と、
を備え、前記導電性基板は前記接続手段に電気的に結合されていることを特徴とする双方向スイッチに係わるものである。
The present invention for solving the above problems is as follows.
A conductive substrate ;
A first main surface and a second main surface opposite to the first main surface are disposed on the conductive substrate and have at least one semiconductor layer for forming a current path. A main semiconductor region in which the second main surface is electrically coupled to the conductive substrate ;
First and second main electrodes arranged on the first main surface of the main semiconductor region with a predetermined interval and in ohmic contact with the first main surface of the main semiconductor region, respectively. When,
Disposed between the first and second main electrodes of the first main surface of the main semiconductor region in order to control a current flowing through the portion between the first and second main electrodes of the main semiconductor region. Gate means (eg, Schottky gate or insulated gate or pn junction gate);
The first semiconductor layer is disposed at a position opposite to the gate means with respect to the first main electrode on the first main surface of the main semiconductor region, and has a function as an anode of a diode . A diode forming electrode;
The second semiconductor element is disposed at a position opposite to the gate means with respect to the second main electrode on the first main surface of the main semiconductor region and has a function as an anode of a diode . A diode forming electrode;
And connection means are electrically connected to each other and said first diode forming electrode and the second diode-forming electrodes,
And the conductive substrate is electrically coupled to the connecting means.
なお、請求項2に示すように、更に、前記ゲート手段と前記接続手段との間に接続されたスイッチ制御回路を備えていることが望ましい。
また、請求項3に示すように、前記主半導体領域は2次元キャリアガス層を生じさせることができる第1及び第2の半導体層を有していることが望ましい。
また、請求項4に示すように、前記主半導体領域は電流通路として機能する第1導電型半導体層を有していることが望ましい。
また、請求項5に示すように、前記ゲート手段は、前記主半導体領域の前記第1の主面にショットキー接触しているゲート電極であることが望ましい。
また、請求項6に示すように、前記ゲート手段は、前記主半導体領域の前記第1の主面上に配置されたゲート絶縁膜と該ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極とから成ることが望ましい。
また、請求項7に示すように、前記第1及び第2のダイオード形成用電極は、前記主半導体領域の前記第1の主面にショットキー接触している電極であることが望ましい。
また、請求項8に示すように、前記主半導体領域は、更にpn接合を得るために前記第1及び第2のダイオード形成用電極と前記第1導電型半導体層との間に第1及び第2の第2導電型半導体層を有し、前記第1及び第2のダイオード形成用電極は前記第1及び第2の第2導電型半導体層にオーミック接触した電極であることが望ましい。
また、請求項9に示すように、前記接続手段は、前記半導体領域の前記第2の主面に電気的及び機械的に結合された一方の主面と該一方の主面に対向する他方の主面とを有する導電性基板と、前記導電性基板の前記他方の主面に形成された補助電極と、前記第1のダイオード形成用電極を前記導電性基板に電気的に接続する導体と、前記第2のダイオード形成用電極を前記導電性基板に電気的に接続する導体とから成ることが望ましい。
According to a second aspect of the present invention, it is preferable that a switch control circuit connected between the gate means and the connection means is further provided.
According to a third aspect of the present invention, the main semiconductor region preferably includes first and second semiconductor layers capable of generating a two-dimensional carrier gas layer.
According to a fourth aspect of the present invention, it is desirable that the main semiconductor region has a first conductivity type semiconductor layer that functions as a current path.
The gate means is preferably a gate electrode in Schottky contact with the first main surface of the main semiconductor region.
The gate means may comprise a gate insulating film disposed on the first main surface of the main semiconductor region and a gate electrode disposed on the gate insulating film. Is desirable.
According to a seventh aspect of the present invention, the first and second diode forming electrodes are preferably electrodes that are in Schottky contact with the first main surface of the main semiconductor region.
In addition, as described in
According to a ninth aspect of the present invention, the connecting means includes one main surface electrically and mechanically coupled to the second main surface of the semiconductor region and the other main surface facing the one main surface. A conductive substrate having a main surface; an auxiliary electrode formed on the other main surface of the conductive substrate; a conductor that electrically connects the first diode-forming electrode to the conductive substrate; It is desirable that the second diode forming electrode comprises a conductor that is electrically connected to the conductive substrate.
本発明は次の効果を有する。
(イ)共通の主半導体領域の第1の主面上に、第1及び第2の主電極と、ゲート手段と、第1及び第2のダイオード形成用電極とを設け、第1のダイオード形成用電極と第2のダイオード形成用電極とを相互に接続することによって特許文献1に開示されている双方向スイッチと同様な機能を有する双方向スイッチが構成されている。即ち、第1及び第2の主電極とゲート手段とによって主半導体スイッチング素子(例えばHEMT)が構成され、第1及び第2の主電極と第1及び第2のダイオード形成用電極とよって第1及び第2のダイオードが構成されている。従って、第1及び第2のダイオードを個別部品とすることが不要になり、双方向スイッチの小型化及び低コスト化が可能になる。
(ロ)第1及び第2の主電極は、主半導体スイッチング素子(例えばHEMT)の主電極(ソース又はドレイン)と第1及び第2のダイオードの電極(例えばカソード)との両方の機能を有するので、双方向スイッチの更なる小型化及び低コスト化が可能になる。また、主半導体スイッチング素子と第1及び第2のダイオードとの相互接続部分の長さを短くすることができる。これにより、相互接続部分の寄生インピーダンスを低減し、双方向スイッチの動作速度を高めることができる。
(ハ)第1及び第2のダイオードには負荷電流が流れないので、第1及び第2のダイオードを設けることによる主半導体領域のサイズの増大は少ない。
(ニ)主半導体領域に電気的及び機械的に結合された導電性基板を前記接続手段に電気的に接続することによって、導電性基板の電位を安定化することができる。即ち、HEMTにおいて周知のように、ソース電極を基板に接続し、基板の電位をソース電極の電位にすることが望ましい。しかし、本願の双方向スイッチにおいて、第1及び第2の主電極間に正方向電圧が印加された時には第2の主電極がソース電極として機能し、第1及び第2の主電極間に負方向電圧が印加された時には第1の主電極がソース電極として機能する。従って、第1及び第2の主電極を固定的にソース電極とすることができない。しかし、導電性基板を、接続導体を介して第1及び第2のダイオード形成用電極に接続すると、第1及び第2の主電極間に正方向電圧が印加された時と負方向電圧が印加された時のいずれにおいても、導電性基板がソース電極として機能する第1又は第2の主電極に近い電位になり、導電性基板の電位がソース電極に近い電位に安定化する。これにより、周知のHEMTにおける、ソース電極を基板に接続して基板の電位を安定化することと同様な効果を得ることができ、ゲート手段による電流制御の動作安定化を図ることができる。
また、請求項9の発明によれば、第1のダイオード形成用電極を導電性基板に電気的に接続する導体と、第2のダイオード形成用電極を導電性基板に電気的に接続する導体とを設けることによって、第1のダイオード形成用電極と第2のダイオード形成用電極との相互接続を容易に達成することができる。
The present invention has the following effects.
(A) On the first main surface of the common main semiconductor region, the first and second main electrodes, the gate means, and the first and second diode forming electrodes are provided to form the first diode. A bidirectional switch having a function similar to that of the bidirectional switch disclosed in
(B) The first and second main electrodes function as both the main electrode (source or drain) of the main semiconductor switching element (for example, HEMT) and the electrodes (for example, cathode) of the first and second diodes. As a result, the bidirectional switch can be further reduced in size and cost. In addition, the length of the interconnection portion between the main semiconductor switching element and the first and second diodes can be shortened. Thereby, the parasitic impedance of the interconnection portion can be reduced, and the operation speed of the bidirectional switch can be increased.
(C) Since no load current flows through the first and second diodes, the increase in the size of the main semiconductor region due to the provision of the first and second diodes is small.
(D) The electric potential of the conductive substrate can be stabilized by electrically connecting the conductive substrate electrically and mechanically coupled to the main semiconductor region to the connecting means. That is, as is well known in HEMT, it is desirable to connect the source electrode to the substrate and set the potential of the substrate to the potential of the source electrode. However, in the bidirectional switch of the present application, when a positive voltage is applied between the first and second main electrodes, the second main electrode functions as a source electrode, and a negative voltage is applied between the first and second main electrodes. When the directional voltage is applied, the first main electrode functions as a source electrode. Therefore, the first and second main electrodes cannot be fixedly used as source electrodes. However, when the conductive substrate is connected to the first and second diode forming electrodes via the connection conductor, a negative voltage is applied when a positive voltage is applied between the first and second main electrodes. In any case, the conductive substrate becomes a potential close to the first or second main electrode functioning as the source electrode, and the potential of the conductive substrate is stabilized to a potential close to the source electrode. Thus, in a known HEMT, by connecting the source electrode to the substrate can Rukoto obtain the same effect as to stabilize the potential of the substrate, it is possible to stabilize operation of the current control by the gate means.
According to the invention of claim 9 , the conductor that electrically connects the first diode forming electrode to the conductive substrate, and the conductor that electrically connects the second diode forming electrode to the conductive substrate; By providing this, it is possible to easily achieve the interconnection between the first diode forming electrode and the second diode forming electrode.
次に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3に示す実施例1に従う交流スイッチ又は双方向スイッチング回路装置と呼ぶこともできる双方向スイッチ10は、大別して基板11と、主半導体領域12と、第1及び第2の主電極13,14と、ノーマリオン型ゲート手段としてのゲート電極15と、第1及び第2のダイオード形成用電極16,17と、接続導体18とから成る。図4に図3の双方向スイッチ10の等価回路と、双方向ス イッチ10に接続された交流電源6と負荷7とから成る電気回路5と、及びゲート制御回路19とが示されている。図4において第1の主電極13は負荷7を介して交流電源6の一端に接続され、第2の主電極14は交流電源6の他端に接続されている。図4で示すゲート制御回路19はゲート電極15と接続導体18との間に接続されている。図3に示すように双方向スイッチ10は鎖線で区画して示す電界効果トランジスタの一種である高電子移動度トランジスタ即ちHEMT(High Electron Mobility Transistor)と同様な構成の主半導体スイッチング素子20とショットキーダイオード構成の第1及び第2のダイオード21,22とを有する。図4に示すように第1及び第2のダイオード21,22は互いに逆の方向を有して直列に接続され、この直列接続回路が主半導体スイッチング素子20に並列に接続されている。次に図3の各部を詳しく説明する。
A
基板11は主半導体領域12をエピタキシャル成長で形成するための成長基板であって、一方の主面23と該一方の主面23に対向する他方の主面24とを有する。この実施例の基板11は導電性シリコン単結晶で形成されている。しかし、基板11をシリコンカーバイト(SiC)等の半導体、又はサファイア、セラミック等の絶縁体で形成することもできる。
The
主半導体領域12は、基板11から離れた第1の主面25と該第1の主面25に対向し且つ基板11の一方の主面23に接している第2の主面26とを有し、バッファ層27と電子走行層と呼ぶこともできる第1の半導体層28と電子供給層と呼ぶこともできる第2の半導体層29とで構成されている。
The
バッファ層27は、基板11の一方の主面23上に窒化物半導体を周知のMOCVD法でエピタキシャル成長させることによって形成されている。図3では、図示を簡略化するためにバッファ層23が1つの層で示されているが、実際には複数の層で形成されている。即ち、このバッファ層27はAIN(窒化アルミニウム)からなる第1のサブレイヤー(第1の副層)とGaN(窒化ガリウム)から成る第2のサブレイヤー(第2の副層)とが交互に積層された多層構造バッファである。なお、このバッファ層27は主半導体スイッチング素子20、第1及び第2のダイオード21,22の動作に直接関係していないので、これを省くこともできる。また、バッファ層27の半導体材料をAlN、GaN以外の窒化物半導体又は3−5族化合物半導体に置き換えること、又は単層構造のバッファ層にすることもできる。
The
第1の半導体層(電子走行層)28は、この上の電子供給層としての第2の半導体層29とのヘテロ接合面の近傍に電流通路(チャネル)としての2次元電子ガス層即ち2DEG層30(点線で示す)を得るためのものであって、バッファ層27上にアンドープの第1の窒化物半導体を周知のMOCVD法で例えば0.3〜10μmの厚さにエピタキシャル成長させたものである。この第1の半導体層(電子走行層)28を形成するための好ましい第1の窒化物半導体は、
AlaInbGa1-a-bN,
ここで、aは0≦a<1、bは0≦b<1を満足する数値、
である。しかし、第1の半導体層(電子走行層)28を第1の窒化物半導体以外の化合物半導体で形成することもできる。
The first semiconductor layer (electron transit layer) 28 is a two-dimensional electron gas layer as a current path (channel), that is, a 2DEG layer, in the vicinity of the heterojunction surface with the
Al a In b Ga 1-ab N,
Here, a is a numerical value satisfying 0 ≦ a <1, b is 0 ≦ b <1,
It is. However, the first semiconductor layer (electron transit layer) 28 can also be formed of a compound semiconductor other than the first nitride semiconductor.
第2の半導体層29は、第1の窒化物半導体よりも大きいバンドギャップを有し且つ第1の窒化物半導体よりも小さい格子定数を有する第2の窒化物半導体を第1の半導体層28の上に好ましくは5〜100nmの厚みに周知のMOCVD法でエピタキシャル成長させたものから成る。この第2の半導体層29を形成するための好ましい第2の窒化物半導体は、
AlxInyGa1-x-yN,
ここで、xは0<x<1、yは0≦y<1を満足する数値、
である。
この第2の半導体層29を、アンドープのAlxInyGa1-x-yNで形成する代わりに、n型(第1導電型)の不純物を添加したAlxInyGa1-x-yNから成る窒化物半導体、又は別の組成の窒化物半導体、又は別の化合物半導体で形成することもできる。
The
Al x In y Ga 1-xy N,
Where x is 0 <x <1, y is a numerical value satisfying 0 ≦ y <1,
It is.
The
第1の主電極13は主半導体領域12の主半導体スイッチング素子20を構成する部分と第1のダイオード21を構成する部分との境界上に配置され、主半導体スイッチング素子20の第1の主電極部分(ソース又はドレイン部分)13aと第1のダイオード21のカソード部分13bとを有する。第1の主電極部分(ソース又はドレイン部分)13aと第1のダイオード21のカソード部分13bとを一体に形成することが小型化のために有効であるが、これ等を互いに離間させ、離間した第1の主電極部分(ソース又はドレイン部分)13aと第1のダイオード21のカソード部分13bとを電気的に接続する手段を設けることもできる。例えば、第1の主電極部分(ソース又はドレイン部分)13aと第1のダイオード21のカソード部分13bとの電気的接続を2DEG層30を利用して行うこと、又は別個の導体を用いて行うこともできる。本願では2DEG層30を利用して接続された第1の主電極部分(ソース又はドレイン部分)13aと第1のダイオード21のカソード部分13bとの組み合わせも第1の主電極と呼ぶことにする。第2の主電極14は主半導体領域12の主半導体スイッチング素子20を構成する部分と第2のダイオード22を構成する部分との境界上に配置され、主半導体スイッチング素子20の第2の主電極部分(ドレイン又はソース部分)14aと第2のダイオード22のカソード部分14bとを有する。第2の主電極部分(ドレイン又はソース部分)14aと第2のダイオード22のカソード部分14bとを一体に形成することが小型化のために有効であるが、これ等を互いに離間させ、離間した第2の主電極部分(ドレイン又はソース部分)14aと第2のダイオード22のカソード部分14bとを電気的に接続する手段を設けることもできる。例えば、第2の主電極部分(ソース又はドレイン部分)14aと第2のダイオード22のカソード部分14bとの電気的接続を2DEG層30を利用して行うこと、又は別個の導体を用いて行うこともできる。本願では2DEG層30を利用して接続された第2の主電極部分(ソース又はドレイン部分)14aと第1のダイオード21のカソード部分14bとの組み合わせも第2の主電極と呼ぶことにする。第1及び第2の主電極13、14は主半導体領域12の第1の主面25即ち第2の半導体層29の表面上にそれぞれオーミック(低抵抗性)接触されている。本実施例の第1及び第2の主電極13,14は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層体でそれぞれ形成されているが、これ以外の低抵抗性接触(オーミック接触)可能な金属で形成することもできる。なお、第2の半導体層29は極めて薄いので、この厚み方向の抵抗は無視できるほど小さい。従って、第1及び第2の主電極13,14は、2DEG層30に電気的に結合されている。
The first
ゲート電極15は、第1及び第2の主電極13,14間の電流を制御するゲート手段であって、主半導体領域12の第1の主面25にショットキー接触している金属電極から成る。この金属電極は、例えば、Ni(ニッケル)とAu(金)との積層体、又はPt(白金)とAu(金)との積層体で形成される。主半導体スイッチング素子20の正方向耐圧と逆方向耐圧とを同一にするために、ゲート電極15を中心にして主半導体スイッチング素子20を対称的に形成することが望ましい。従って、図3では、ゲート電極15が第1及び第2の主電極13、14の中間に配置され、第1の主電極13とゲート電極15との間隔及び第2の主電極14とゲート電極15との間隔は実質的に等しい。しかし、主半導体スイッチング素子20に要求される耐圧を満足することができる範囲でゲート電極15の位置を第1及び第2の主電極13,14の中間位置から少しずらすことができる。例えば、第1の主電極13とゲート電極15との間隔を基準にして第2の主電極14とゲート電極15との間隔を所定の範囲(例えばー20%〜+20%)で変えることができる。
The
図3のHEMT構成の主半導体スイッチング素子20において、第2の半導体層29が第1の半導体層28にヘテロ接合されているので、第2の半導体層29にピエゾ分極が生じる。また、第2の半導体層29に自発分極も生じる。第2の半導体層29に分極が生じると、第1及び第2の半導体層28、29の界面近傍に周知の2DEG層30が生じる。本実施例の主半導体スイッチング素子20はノーマリオン型であるので、第1及び第2の主電極13,14間に第1の主電極13の電位が第2の主電極14の電位よりも高い電圧(正方向電圧)が印加されている時において、ゲート電極15の電位がソースとして機能する第2の主電極14の電位を基準にして零の時、又は第1及び第2の主電極13,14間に第1の主電極13の電位が第2の主電極14の電位よりも低い電圧(負方向電圧)が印加されている時において、ソースとして機能する第1の主電極13を基準にして零の時であってもゲート電極15の直下に2DEG層30が生じる。正方向電圧が印加されている主半導体スイッチング素子20をオフにする時には、ソース電極として機能している第2の主電極14を基準にしてゲート電極15の電位を閾値よりも低い負の値(例えばー5V)にする。また、負方向電圧が印加されている主半導体スイッチング素子20をオフにする時には、ソース電極として機能している第1の主電極13を基準にしてゲート電極15の電位をしきい値より低い負の値(例えばー5V)にする。ゲート電極15の電位をソース電極に対して負の値にすると、第1の半導体層28のゲート電極15の直下の部分から電子が排除され、2DEG層30の分断が生じ、第1及び第2の主電極13,14間の電流が遮断される。
In the main
第1のダイオード形成用電極16は主半導体領域12の第1の主面25の第1の主電極13を基準にしてゲート電極15と反対側の位置に配置され、主半導体領域12にショットキー接触している。第2のダイオード形成用電極17は主半導体領域12の第1の主面25の第2の主電極14を基準にしてゲート電極15と反対側の位置に配置され、主半導体領域12にショットキー接触している。第1及び第2のダイオード形成用電極16、17はゲート電極15と同一材料で同時に形成されたものであり、ショットキー接触可能な金属、例えばNi(ニッケル)とAu(金)との積層体、又はPt(白金)とAu(金)との積層体から成る。第1及び第2のダイオード形成用電極16、17は第1及び第2のダイオード21,22のアノードとして機能する。従って、正方向電圧の印加時において、第1のダイオード21が逆バイアス状態になり、第2のダイオード22が順バイアス状態になる。逆に、逆方向電圧の印加時において、第1のダイオード21が順バイアス状態になり、第2のダイオード22が逆バイアス状態になる。主半導体スイッチング素子20がオン状態で第1のダイオード21が順バイアス状態の時には、第1のダイオード形成用電極16、第1の半導体層29、2DEG層30、第1の半導体層29、及び第1の主電極13の経路が導通状態になる。主半導体スイッチング素子20がオン状態で第2のダイオード22が順バイアス状態の時には、第2のダイオード形成用電極17、第1の半導体層29、2DEG層30、第1の半導体層29、及び第2の主電極14の経路が導通状態になる。
The first
接続導体18は、第1及び第2のダイオード形成用電極16、17間を電気的に接続している。この実施例では、接続導体18が、双方向スイッチ10をより小型化するために主半導体領域12の第1の主面25上に配置された絶縁膜(図示せず)の上に形成されている。しかし、接続導体18を金属ワイヤ等の外部接続部材とすることもできる。
The
次に、図3の双方向スイッチ10の動作を説明する。この双方向スイッチ10を使用する時には、図4で示すように、第1及び第2の主電極13、14に例えば交流電源6と負荷7とを含む電気回路5を接続し、ゲート電極15と接続導体18との間にゲート制御回路19を接続する。第1の主電極13の電位が第2の主電極14の電位よりも高く、且つゲート制御回路19からゲート電極15の電位をソースとして機能している第2の主電極14に対して閾値電圧よりも小さい負の値にする信号が出力されている時には、ノーマリオン型の主半導体スイッチング素子20がオフになり、双方向スイッチ10もオフになる。なお、第1の主電極13の電位が第2の主電極14の電位よりも高い時には、接続導体は18と第2の主電極14との間の電位差は第2のダイオード22の順バイアス電圧以上となることはなく、せいぜい約0.7Vである。従って、接続導体18の電位をゲートの基準電位と考えることもできる。双方向スイッチ10はゲートを中心にして対称的に形成されているので、第2の主電極14の電位が第1の主電極13の電位よりも高く、且つゲート制御回路19からゲート電極15の電位をソースとして機能している第1の主電極13に対して閾値電圧よりも小さい負の値にする信号が出力されている時にも、主半導体スイッチング素子20がオフになり、双方向スイッチ10もオフになる。なお、第2の主電極14の電位が第1の主電極13の電位よりも高い時には接続導体18と第1の主電極13の電位差が第1のダイオード21の順バイアス電圧以上となることはなく、せいぜい約0.7Vである。ゲート電極15の電位を、ソースとして機能する第1の主電極13又は第2の主電極14を基準にして主半導体スイッチング素子20の閾値以上の値(例えば零又は正電位)にする信号がゲート制御回路19から出力されている時には、主半導体スイッチング素子20がオンになり、双方向スイッチ10もオンになる。
Next, the operation of the
本実施例の双方向スイッチ10は次の効果を有する。
(1) 共通の主半導体領域12の第1の主面25上に、第1及び第2の主電極13,14と、ゲート手段としてのゲート電極15と、第1及び第2のダイオード形成用電極16,17とを設け、第1のダイオード形成用電極16と第2のダイオード形成用電極17とを相互に接続することによって特許文献1に開示されている双方向スイッチと同様に動作する双方向スイッチ10が構成されている。即ち、主半導体スイッチング素子20と第1及び第2のダイオード21,22が共通の主半導体領域12を使用して形成されているので、従来の第1及び第2のダイオードを個別部品とする場合に比較して双方向スイッチ10の小型化及び低コスト化が可能になる。なお、第1及び第2のダイオード21,22はゲートの基準電位の決定に寄与するものであり、負荷電流を流すものではない。従って、第1及び第2のダイオード21,22を形成するための主半導体領域12のスペースは、主半導体スイッチング素子20を形成するための主半導体領域12のスペースよりも大幅に小さくできる。
(2)主半導体スイッチング素子20は2DEG層30を使用したHEMT構成の電界効果トランジスタであり、且つ第1及び第2のダイオード21,22も2DEG層30を使用したショットキーダイオードであるので、高速動作可能であり且つオン状態における抵抗が比較的小さい双方向スイッチ10を提供できる。
(3)第1及び第2の主電極13,14は、主半導体スイッチング素子20の主電極(ソース電極又はドレイン電極)と第1及び第2のダイオード21,22のカソード電極との両方の機能を有するので、双方向スイッチ10の更なる小型化及び低コスト化が可能になる。また、第1及び第2のダイオード形成用電極16、17と第1及び第2の主電極13,14との間が外部導体を使用しないで2DEG層30で電気的に接続されているので、寄生インピーダンス成分が小さくなり、双方向スイッチ10の高速動作が可能になる。
(4)主半導体領域12が高耐圧化可能な窒化物半導体(窒化物系半導体)から成るので、主半導体スイッチング素子20及び第1及び第2のダイオード21,22の高耐圧化が可能になる。
(5)第1及び第2のダイオード21,22のための第1及び第2のダイオード形成用電極16,17はゲート電極15と同一材料で同時に形成されているので、第1及び第2のダイオード21,22を形成すための製造工程の増加を抑制できる。
The
(1) On the first
(2) Since the main
(3) The first and second
(4) Since the
(5) The first and second
次に、実施例2に従う双方向スイッチ10aを図5及び図6を参照して説明する。但し、この実施例2及び後述する別の実施例において図3及び図4と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。図5の変形された双方向スイッチ10aは、変形された主半導体スイッチング素子20aと第1及び第2のダイオード21a,22aを除いて図3と同一に構成されている。変形された主半導体スイッチング素子13a、第1及び第2のダイオード21a,22aは、図5に示すように背面電極又は補助電極とも呼ぶことができる基板電極31を導電性を有する基板11の他方の主面24に有する他は、図3の主半導体スイッチング素子20、第1及び第2のダイオード21,22と同一に形成されている。基板電極31は、導体32によって接続導体18に接続されている。即ち、基板電極31は、導体32と接続導体18とを介して第1及び第2のダイオード形成用電極16,17に接続されている
Next, the
図5の双方向スイッチ10aの等価回路が図6に示されている。図5及び図6に示す双方向スイッチ10aの基本的構成は図3及び図4に示す双方向スイッチ10と同一であるので、図5及び図6に示す双方向スイッチ10aは、図3及び図4に示す双方向スイッチ10と同一の作用効果を有する。更に、図5及び図6に示す双方向スイッチ10aは、基板11に電気的に接続された基板電極31を有し、基板電極31が導体32と接続導体18とを介して第1及び第2のダイオード形成用電極16,17に接続されている。このため、基板11の電位を安定化することができる。即ち、HEMTにおいて周知のように、ソース電極又はドレイン電極を基板に接続し、基板の電位をソース電極又はドレイン電極の電位にすることが望ましい。しかし、図5の双方向スイッチ10aにおいて、第1及び第2の主電極13,14間に正方向電圧が印加された時には第2の主電極14がソース電極として機能し、第1及び第2の主電極13,14間に負方向電圧が印加された時には第1の主電極13がソース電極として機能する。従って、第1及び第2の主電極13,14を固定的にソース電極又はドレイン電極とすることができない。もし、基板11がフローティング状態の時には、基板11の電位は第1の主電極13の電位と第2の主電極14の電位との約中間の値になり、交流電源6の電圧の変化によって基板11の電位も変化し、基板11の電位が安定化しない。しかし、図5に示すように基板電極31を第1及び第2のダイオード形成用電極16,17に接続すると、導電性基板11がソース電極として機能する第1又は第2の主電極13,14に近い電位(せいぜい約0.7V)になり、導電性基板11の電位がソース電極に近い電位に安定化する。従って、主半導体スイッチング素子20aの動作を安定化できる。
なお、基板電極31を接続導体18に接続する代りに図5で点線32aで示すようにゲート電極15に接続することもできる。
An equivalent circuit of the
Instead of connecting the
図7に示す実施例3の双方向スイッチ10bは、変形された主半導体スイッチング素子20bと変形された第1及び第2のダイオード21b,22bと変形された共通接続導体18aを除いて図3と同一に構成されている。変形された主半導体スイッチング素子13b、第1及び第2のダイオード21b,22bは、図7に示すように背面電極又は補助電極とも呼ぶことができる基板電極31を、導電性を有するシリコン基板11aの他方の主面24に有する他は、図3の主半導体スイッチング素子20、第1及び第2のダイオード21,22と同一に形成されている。
The
変形された共通接続導体18aは、導電性を有する基板11aと第1及び第2の接続導体41,43と第1及び第2の接続電極42,44とから成る。第1のダイオード形成用電極16は第1の接続導体41と第1の接続電極42とを介して導電性を有する基板11aに接続され、第2のダイオード形成用電極17は第2の接続導体43と第2の接続電極44とを介して導電性を有する基板11aに接続されている。従って、第1のダイオード形成用電極16と第2のダイオード形成用電極17は第1の接続導体41と第1の接続電極42と基板11aと第2の接続電極44と第2の接続導体43とを介して相互に接続されている。なお、第1及び第2のダイオード形成用電極16、17を基板電極31に接続することもできる。ゲート制御回路19はゲート電極15と基板電極31との間に接続されている。
The deformed common connection conductor 18 a includes a
図7に示す実施例3の双方向スイッチ10bの等価回路は、図6に示す実施例2の双方向スイッチ10aの等価回路と実質的に同一である。従って、図7に示す実施例3の双方向スイッチ10bは、図5に示す実施例2の双方向スイッチ10aと同一の作用効果を有する。更に、図7の第1及び第2のダイオード形成用電極16、17は基板11aを介して相互に接続されているので、第1及び第2のダイオード形成用電極16、17の相互接続のためのスペースが小さくなり、双方向スイッチ10bを更に小型化することができる。また基板11aの電位の安定化が良好に達成される。
The equivalent circuit of the
図8に示す実施例4に従う変形された双方向スイッチ10cは、変形された主半導体領域12aを除いて図5と同一に構成されている。変形された主半導体領域12aは主半導体スイッチング素子20cと第1及び第2のダイオード21c,22cの全てに含まれている。図8の主半導体領域12aは電子走行層としての第1の半導体層28と電子供給層としての第2の半導体層29との間に例えばアンドープAlN又はAlInGaNから成る周知のスペーサー層51を配置し、主半導体領域12aの最も上に、表面電荷のコントロールのため等の目的で例えばアンドープAlGaNから成るキャップ層52を配置し、主半導体領域12aにおける第1及び第2の主電極13,14の下の部分に斜線を付けて示すn型不純物注入領域から成るコンタクト領域53,54を設け、この他は図5に示されている実施例2の主半導体領域12と実質的に同一に形成したものである。スペーサー層50は2DEG層30における電子の移動度の低下を抑制する機能を有する。コンタクト領域53,54は第1及び第2の主電極13,14の接触抵抗の低減に寄与する。なお、第1及び第2の主電極13,14の下に凹部を設け、凹部の中に第1及び第2の電極13、14を設けることもできる。
図8の双方向スイッチ10cは図5の双方向スイッチ10aと同様な作用効果も有する。なお、図3及び図7の主半導体領域12を図8の主半導体領域12aに変形することができる。
The modified
The
図9の実施例5に従う双方向スイッチ10dは、変形された主半導体領域12bを除いて図5と同一に構成されている。図9の主半導体領域12bはMESFET(Metal Semiconductor Filed Effect Transistor)構成の主半導体スイッチング素子20dが得られるように、例えばノンドープGaNから成る第1の半導体層28aと、該第1の半導体層28aにn型不純物(例えばSi)をイオン注入することによって形成されたn型GaNから成る第2の半導体層29aとから成る。図9の主半導体スイッチング素子20d、第1及び第2のダイオード21d,22dは、主半導体領域12bを除いて図5と同様に構成されている。
The bidirectional switch 10d according to the fifth embodiment of FIG. 9 has the same configuration as that of FIG. 5 except for the deformed main semiconductor region 12b. The main semiconductor region 12b in FIG. 9 includes a
図9の主半導体領域12bにおける第2の半導体層29aはチャネル層即ち電流通路として機能する。主半導体スイッチング素子20dを構成するショットキー電極から成るゲート電極15の電位がソースとして機能する第1の主電極13又は第2の主電極14の電位と同一の場合(ノーマリ時)において第2の半導体層29bの電流通路はオン状態に保たれる。ソースとして機能する第1の主電極13又は第2の主電極14に対してゲート電極15が負電位になると、電界効果によって第2の半導体層29bの電流通路がオフになる。従って、図9の主半導体スイッチング素子20dは図3、図5の主半導体スイッチング素子20,20aと同様に使用することができる。第1及び第2のダイオード形成用電極16,17は主半導体領域12bにおける第2の半導体層29aにショットキー接触し、ショットキーダイオードを形成している。図9の主半導体スイッチング素子20d、第1及び第2のダイオード21d,22dは、図5の主半導体スイッチング素子20a、第1及び第2のダイオード21a,22aと同様な機能を有するので、図9の双方向スイッチ10dは図5の双方向スイッチ10aと同様な効果を有する。なお、図3、図7及び図8の主半導体領域12,12aを図9の主半導体領域12bに変形することができる。
The
図10の実施例6に従う双方向スイッチ10eは、変形された主半導体領域12c、ゲート電極15a、第1及び第2のダイオード形成用電極16a,17aを除いて図9と同一に構成されている。変形された主半導体領域12cは、n型の第2の半導体層29aの上に窒化物半導体(窒化物系半導体)から成る第1、第2及び第3のp型半導体層61、62,63を有する。第1のp型半導体層61は、ゲート電極15aとn型の第2の半導体層29aとの間に配置され、n型の第2の半導体層29aとの間のpn接合によって接合型電界効果トタンジスタから成る主半導体スイッチング素子20eを提供する。第2及び第3のp型半導体層62,63は第1及び第2のダイオード形成用電極16a、17aとn型の第2の半導体層29aとの間に配置され、n型の第2の半導体層29aとの間のpn接合によって第1及び第2のダイオード21e,22eを提供する。ゲート電極15a、第1及び第2のダイオード形成用電極16a,17aはそれぞれ第第1、第2及び第3のp型半導体層61,62,63にオーミック接触している。図10の主半導体スイッチング素子20eのゲート電極15にゲート制御回路8からソースとして機能している第1又は第2の主電極14、15に対して閾値電圧以上の電圧が印加されると、主半導体スイッチング素子20eはオンとなり、それ以下でオフとなる。図10の主半導体スイッチング素子20e、第1及び第2のダイオード21e,22eは図5の主半導体スイッチング素子20a、第1及び第2のダイオード21a,22aと同様に動作するので、図10の双方向スイッチ10eは図5の双方向スイッチ10aと同様な効果を有する。なお、図10から基板電極31を省くことができる。また、第1のp型半導体層61のみをゲート電極15aの下に配置し、第2及び第3のp型半導体層62,63を省き、第1及び第2のダイオード形成用電極16a,17aをショットキー電極にすることができる。また、第2及び第3のp型半導体層62,63のみを第1及び第2のダイオード形成用電極16a,17aの下に配置し、第1のp型半導体層61を省き、ゲート電極15aをショットキー電極又は別のゲート手段にすることができる。
The
図11の実施例7に従う双方向スイッチ10fは、変形された主半導体スイッチング素子20fを除いて図5と同一に構成されている。変形された主半導体スイッチング素子20fは、ゲート電極15と主半導体領域12との間に配置されたゲート絶縁膜70を除いて図5と同一に構成されている。ゲート絶縁膜70を伴った主半導体スイッチング素子20fは、図5の主半導体スイッチング素子20aと同様に動作するので、図11の実施例7に従う双方向スイッチ10fは図5の双方向スイッチ10aと同様な効果を有する。なお、図11のゲート絶縁膜70と同様のものを図3、図7、図8、図9のゲート電極15の下にも配置することができる。
A
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1) 主半導体領域12〜12cをGaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InAlN等の窒化物半導体又は窒化物系半導体、又はAlP、GaP、AlInP、GaInP、AlGaP、AlGaAs、GaAs、AlAs、InAs、InP、InN、GaAsP等の3−5族化合筒半導体、又はZnO等の2−6族化合物半導体、又は更に別の化合物半導体で形成することができる。
(2) 主半導体スイッチング素子20〜20fに周知のフィールドプレートを設けることができる。
(3) 実施例1〜4、及び7のHEMT構成の主半導体領域12、12aの第2の半導体層29をp型半導体から成る正孔供給層に置き換えることができる。この場合には、2DEG層30に対応する領域に2次元キャリアガス層として2次元正孔ガス層が生じる。また、図9の実施例5のn型の第2の半導体層29aをp型半導体層に変形することもできる。また、図10の実施例6のn型の第2の半導体層29aをp型半導体層に変形し、p型半導体層61,62,63をn型半導体層に変形することができる。
(4)図3、図5、図7、図8、図11の実施例において、例えばゲート電極15の下に対応させて第2の半導体層29にリセスを形成して、このリセスの上にゲート電極15を配置すること、又はゲート電極15と第2の半導体層29との間にp型半導体層を配置すること等によってノーマリオフ型のHEMT構成の主半導体スイッチング素子を設けることができる。また、図9、図10の実施例においても主半導体スイッチング素子20d,20eをノーマリオフ型に変形することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) The
(2) A well-known field plate can be provided in the main
(3) The
(4) In the embodiments of FIGS. 3, 5, 7, 8, and 11, for example, a recess is formed in the
10〜10f 双方向スイッチ
12〜12c 主半導体領域
13,14 第1及び第2の主電極
15 ゲート電極
16,17 第1及び第2のダイオード形成用電極
10 to 10 f Bidirectional switch 12 to 12 c
Claims (9)
前記導電性基板上に配置され、且つ第1の主面と該第1の主面に対向する第2の主面とを有し、且つ電流通路を形成するための少なくとも1つの半導体層を有し、前記第2の主面が前記導電性基板に電気的に結合されている主半導体領域と、
所定の間隔を有して前記主半導体領域の前記第1の主面上にそれぞれ配置され且つ前記主半導体領域の前記第1の主面にそれぞれオーミック接触している第1及び第2の主電極と、
前記主半導体領域の前記第1及び第2の主電極間部分を流れる電流を制御するために前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第1及び第2の主電極の間に配置されたゲート手段と、
前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第1の主電極を基準にして前記ゲート手段と反対側の位置に配置されており且つダイオードのアノードとしての機能を有している第1のダイオード形成用電極と、
前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第2の主電極を基準にして前記ゲート手段と反対側の位置に配置されており且つダイオードのアノードとしての機能を有している第2のダイオード形成用電極と、
前記第1のダイオード形成用電極と前記第2のダイオード形成用電極とを相互に電気的に接続している接続手段と、
を備え、前記導電性基板は前記接続手段に電気的に結合されていることを特徴とする双方向スイッチ。 A conductive substrate ;
A first main surface and a second main surface opposite to the first main surface are disposed on the conductive substrate and have at least one semiconductor layer for forming a current path. A main semiconductor region in which the second main surface is electrically coupled to the conductive substrate ;
First and second main electrodes arranged on the first main surface of the main semiconductor region with a predetermined interval and in ohmic contact with the first main surface of the main semiconductor region, respectively. When,
Disposed between the first and second main electrodes of the first main surface of the main semiconductor region in order to control a current flowing through the portion between the first and second main electrodes of the main semiconductor region. Gate means,
The first semiconductor layer is disposed at a position opposite to the gate means with respect to the first main electrode on the first main surface of the main semiconductor region, and has a function as an anode of a diode . A diode forming electrode;
The second semiconductor element is disposed at a position opposite to the gate means with respect to the second main electrode on the first main surface of the main semiconductor region and has a function as an anode of a diode . A diode forming electrode;
And connection means are electrically connected to each other and said first diode forming electrode and the second diode-forming electrodes,
The bidirectional switch is characterized in that the conductive substrate is electrically coupled to the connection means.
前記第1及び第2のダイオード形成用電極は前記第1及び第2の第2導電型半導体層にオーミック接触した電極であることを特徴とする請求項4記載の双方向スイッチ。 The main semiconductor region further includes first and second second conductive semiconductor layers between the first and second diode forming electrodes and the first conductive semiconductor layer in order to obtain a pn junction. And
5. The bidirectional switch according to claim 4, wherein the first and second diode forming electrodes are electrodes in ohmic contact with the first and second second conductive type semiconductor layers.
第1の主面と該第1の主面に対向する第2の主面とを有し且つ電流通路を形成するための少なくとも1つの半導体層を有している主半導体領域と、
所定の間隔を有して前記主半導体領域の前記第1の主面上にそれぞれ配置され且つ前記主半導体領域の前記第1の主面にそれぞれオーミック接触している第1及び第2の主電極と、
前記主半導体領域の前記第1及び第2の主電極間部分を流れる電流を制御するために前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第1及び第2の主電極の間に配置されたゲート手段と、
前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第1の主電極を基準にして前記ゲート手段と反対側の位置に配置された第1のダイオード形成用電極と、
前記主半導体領域の前記第1の主面の前記第2の主電極を基準にして前記ゲート手段と反対側の位置に配置された第2のダイオード形成用電極と、
前記第1のダイオード形成用電極と前記第2のダイオード形成用電極とを相互に接続している接続手段と
を備え、前記接続手段は、前記主半導体領域の前記第2の主面に電気的及び機械的に結合された一方の主面と該一方の主面に対向する他方の主面とを有する導電性基板と、前記導電性基板の前記他方の主面に形成された補助電極と、前記第1のダイオード形成用電極を前記導電性基板に電気的に接続する導体と、前記第2のダイオード形成用電極を前記導電性基板に電気的に接続する導体とから成ることを特徴とする双方向スイッチ。 A bidirectional switch for turning on and off the current of an electric circuit ,
A main semiconductor region having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and having at least one semiconductor layer for forming a current path ;
First and second main electrodes arranged on the first main surface of the main semiconductor region with a predetermined interval and in ohmic contact with the first main surface of the main semiconductor region, respectively. And
Disposed between the first and second main electrodes of the first main surface of the main semiconductor region in order to control a current flowing through the portion between the first and second main electrodes of the main semiconductor region. Gate means ,
A first diode forming electrode disposed at a position opposite to the gate means with respect to the first main electrode of the first main surface of the main semiconductor region ;
A second diode-forming electrode disposed at a position opposite to the gate means with respect to the second main electrode of the first main surface of the main semiconductor region ;
Connection means for connecting the first diode forming electrode and the second diode forming electrode to each other;
And the connecting means includes a first main surface electrically and mechanically coupled to the second main surface of the main semiconductor region, and a conductive surface having the other main surface facing the one main surface. A conductive substrate, an auxiliary electrode formed on the other main surface of the conductive substrate, a conductor for electrically connecting the first diode forming electrode to the conductive substrate, and the second diode formation A bidirectional switch comprising a conductor for electrically connecting a working electrode to the conductive substrate.
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